JP2002502477A - Outlet device for fluid machinery - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 流体機械1用出口装置は、この機械からの流体流れを導くチャネル4と、このチャネル4の下流に配置され、このチャネル4を出口ハウジング6に接続するガイドベーン構成5とを有する。ガイドベーン構成5は、チャネル4からの流れの第1部分流を外方の出口ハウジング6の第1室7へと流れの向きを変えるようになっている。出口装置3は、少なくとも一つのバイパスチャネル8を有し、このバイパスチャネル8は、チャネル4からガイドベーン構成5を貫通して上記流れの第2部分流をガイドベーン構成5をバイパスして出口ハウジング6の第2室に誘導する。 An outlet device for the fluid machine 1 comprises a channel 4 for directing fluid flow from the machine, and a guide vane arrangement 5 arranged downstream of the channel 4 for connecting the channel 4 to an outlet housing 6. Having. The guide vane arrangement 5 is adapted to redirect a first partial flow of the flow from the channel 4 to a first chamber 7 of the outer outlet housing 6. The outlet device 3 has at least one bypass channel 8, which passes from the channel 4 through the guide vane arrangement 5 and diverts a second part of said flow through the guide vane arrangement 5 to the outlet housing. 6 to the second room.
Description
【発明の詳細な説明】 流体機械用出口装置 発明の技術分野と先後技術 本発明は、請求項1の序文に記載の流体機械の出口装置に関する。 本発明は、ガスタービンに関連して説明することとするが、しかしながら本発 明は、ポンプ、圧縮機などのその他の流体機械にも適用し得るものである。 通常、ガスタービンは、タービンの下流に配置されるディフューザを有し、こ のディフューザは、流れの方向に増大する横断面積の環状断面形のチャネルであ る。このディフューザは、タービンからの流れの速度を低減し、その運動エネル ギの大部分を圧力エネルギに変換して有効利用することを目的とする。ディフュ ーザの下流には、いわゆる出口ハウジングが設けられており、このは、ディフュ ーザから、タービンよりの流れを誘導する出口流路への流れを、大概においてタ ービンの回転軸にほぼ垂直な方向に収集することを目的とするものである。流れ をディフューザから出口ハウジングに導くためにディフューザからの流れを半径 方向外方に誘導する環状ガイドベーン構成を設けてディフューザを終端させるこ とはすでに知られている。目立ような圧力損失無く外方に向かう外方流れを出口 ハウジングに収集しかつ方向を転換することを可能ならしめるために、出口ハウ ジングは、ある寸法を有しなければならない。すなわち、側方での半径は、ディ フューザとタービンの半径よりほぼ大きいものである必要がある。側方半径すな わち出口ハウジングの幅が大きいと、ガスタービンプラントに広い空間を要する 結果となるものである。 US−A−5188510には、ガスタービンからの流体を流すための拡張デ ィフューザチャネルと、ディフューザチャネルの下流に設けられてガスタービン の回転軸にほぼ垂直な方向で外方に流れを誘導する出口ハウジングとを含む出口 装置が開示されている。出口ハウジングは、出口バッフルと、円周方向に延在す るガイドベーンとを含み、これらにより、流れを出口ハウジングを通る複数の異 なる部分流に分割し、出口ハウジングの形状を異なる部分流の運動エネルギにマ ッチさせるようにしている。 発明の概要 本発明の目的は、上述問題を解消し、性能を低下させることなく、少なくとも 一方向に径を低減した出口ハウジングを有する出口装置を提供することである。 以上の目的は、初めに言及した出口装置において、ガイドベーン構成は、チャ ネルからの流れの第1部分流を外方の出口ハウジングの第1室へと向きを変え、 かつ該出口装置は、チャネルからガイドベーン構成を通して延在し、前記ガイド ベーン構成をバイパスして前記流れの第2の部分流を出口ハウジングの第2室へ と誘導するようにする少なくとも一つのバイパスチャネルを有する。ガイドベー ン構成を通して延在するバイパスチャネルを設けることにより、出口ハウジング の半径すなわち幅をこのバイパスチャネルの延在する領域で低減できる。なぜな らこの領域では流れが外方に向かわず、出口ハウジングの第2室にへと後方へ連 続的に流れからである。後方後とは、流体機械の出口に向かう方向であり、前方 向とは、流体機械の入口に向かう方向である。 本発明の実施例によれば、第1と第2の室は、第1と第2の部分流用の共通の 出口流路により接続されている。このために、両部分流は、共通の出口流へと連 通可能となる。 本発明の別の実施例によれば、上記バイパスチャネルは、上述第2部分流の少 なくとも一部を第2室を通して出口流路に向けるようにした少なくとも一つのガ イドベーンを有している。このために、所望の流れ方向が第2室内で得られる。 さらに、第1室と第2室は、それぞれ第1と第2の部分流をこれらの流れ方向を 出口流路内でほぼ平行とするように出口流路に誘導するように構成しても良い。 これにより、ほぼ渦のない共通の出口流れが得られる。 本発明のさらなる実施例によれば、上記バイパスチャネルは、ガイドベーン構 成をほぼ真っ直ぐに貫通する。このようなバイパスチャネルを設けることにより 、バイパスチャネルの径方向のサイズが最小に低減され、しかるにハウジングは 、その上半部からの流れが絞られることなく上方へと流れるようにできる形状を 有することとなる。 本発明のさらなる実施例によれば、出口装置は、チャネルの後壁を有し、ガイ ドベーン構成は、チャネルに面する壁部材の側に設けられ、第2室が、チャネル とは逆向きの側に設けられている。結果として、出口装置の長さを増大でき、幅 の減少を補うことができる。これにより、バイパスチャネルは、後壁部材を貫通 して延在する。 本発明のさらなる実施例によれば、チャネルの横断面は、ほぼ環状である。出 口装置は、チャネルの断面で見て互いに関してほぼ径方向に設けられた二つのチ ャネルを有すると有利である。このような出口装置の対称構造は、流れの観点か ら好ましいもつのである。 本発明のさらなる実施例によれば、ガイドベーン構成は、前記第1部分流の向 きを外方へと向け、かつ円周方向におけるガイドベーン構成の延長の少なくとも 第1領域で少なくとも部分的に前方へ向けるようになっている。このように流れ を前方へ誘導することにより、出口ハウジングの第1室に形成される渦がかなり 低減できる。ある応用例では、おけるガイドベーン構成の延長の少なくとも第2 領域で上記第1部分流を円周方向に少なくとも部分的に前方へ向けるようすると 有利である。よって第2領域は、チャネルの出口流路に向く側に配置すると良く 、第1領域は、チャネルの出口流路とは逆向きとなる側に配置すると良い。 発明のさらなる実施例によれば、チャネルは、このチャネル内で径方向外方に 延在する支持部材を有し、ほぼ平面状のプレートが各指示部材の上流あるいは下 流の軸方向平面にほぼ平行に設けられている。このようなプレートを設けること により、チャネルを通る流体流れは、チャネルを通ってほぼ軸方向に誘導可能と なる。 図面の簡単な説明 本発明を、図面を参照しかち種々の実施例を例示することにより、詳細に説明 する。 図1は、本発明の出口装置を設けたガスタービンを示す斜視図。 図2は、本発明の実施例における出口装置の後方から見た図3のII−II線に沿 う断面図。 図3は、出口装置の図2のIII―III線に沿う断面図。 図4は、図2のIV-IVに沿う断面図。 図5、出口装置の図2のV-V線に沿う断面図。 図6は、図4のVI―VI線に沿う断面図。 種々の実施例の詳細な説明 図1は、ガスタービン1とした流体機械と、ガスタービン1から延在しガスタ ービン1からのガスを本発明による出口装置3に誘導するようにしたガスチャネ ル2を概略的に図示する。 出口装置3は、図2から図6を参照し詳細に説明する。出口装置3は、拡大す る横断面積のディフューザチャネルとしてのチャネル4を有している(特に図3 を参照)。ディフューザチャネル4の入口端(図3の左部分を参照)は、ガスチ ャネル2に接続されている。ガイドベーン構成5は、ディフューザチャネル4の 下流に設けられて、ディフューザチャネル4を流れる流体の第1部分流を出口ハ ウジング6内へ、そして特に出口ハウジング6の第1室7へと向きを変えるもの である。さらには、出口装置3は、2本のほぼ真っ直ぐなバイパスチャネル8を 有している。この各バイパスチャネル8は、ディフューザチャネル4からガイド ベーン構成5を通って出口ハウジング6の第2室に達し、かつこの各バイパスチ ャネル8は、ディフューザチャネル4を囲むチャネル壁により終端している。よ って、各バイパスチャネル8は、ガイドベーン構成5をバイパスしてディフュー ザチャネル4内で流体流れの第2部分流を誘導してディフューザチャネル4を通 る流体流れの主流方向における第2室9へと導くようになっている。さらに、各 バイパスチャネル8は、二つのガイドベーン10を有する。このガイドベーン1 0は、第2部分流の少なくとも一部を誘導しており、流れは、第2室を上方へ流 れてほぼ真っ直ぐなディフューザチャネル4から流出する(特に図6を参照)。 これらガイドベーン10により、第2室9の流れに好ましい影響が与えられ、流 れをほとんど渦が無く、かつ第2室9を上方に向かうようにできる。第1室7と 第2室9は、後壁部材11により互いに隔離されている。ガイドベーン構成5は 、壁部材のディフューザチャネル4へ向く側に設けられ、第2室9は、壁部材1 1のディフューザチャネル4とは逆向きの側に配置される。第1室7と第2室9 は、第1部分流と第2部分流とに対する共通出口流路12において壁部材11上 方のーで互いに接続され、最終的にこれらは、出口流路12において再接続され る (特に図3を参照)。 図5から図6で明らかなように、各バイパスチャネル8は、後壁部材11を貫 通している。図2および図4から明らかなように、各バイパスチャネル8は、対 称的に設けられ、バイパスチャネル8の半径方向断面で見てほぼ径方向に互いに 関して配置されている。 図3から見て、ガイドベーン構成5は、ディフューザチャネル4からの第1部 分流の向きを外方に変更し、かつ少なくとも部分的に前方にすなわちディフュー ザチャネル4内の流れの主流方向aにほぼ対向する方向のほぼ180度の方向に 指向される。結果として、図2から図6に図示のガイドベーン構成5は、対称的 であり、すなわち、当然ながらバイパスチャネル8の例外を除き、全円周方向で 同じ形である。ある領域内で、特にディフューザチャネル4の出口流路12に向 いた側に配置されたガイドベーン構成5の上部で第1部分流がほぼ半径方向に向 きを変えて、すなわち出口流路12へ真っ直ぐに向けられる。 図3および図5から明らかなように、支持部材13がディフューザチャネル4 に設けられ、ディフューザチャネル4内でほぼ半径方向外方に延在している。デ ィフューザチャネル4内の支持部材13の数は、2から9のいずれでも良く、例 えば5でも良い。各支持部材13の前方すなわち上流で、軸方向面に平行にほぼ 平面のプレート14が設けられている。図示の実施例では、平面プレート14は 、プレート14の軸方向断面で見てほぼ3角形の形状である。さて特に支持部材 13がディフューザチャネル14の入口に非常に近接して配置される場合には、 平面プレート14を支持部材13の下流に配置することも可能である。 本発明は、上記実施例に限定されずに、以下の請求項に限定される範囲で変更 修正可能である。本発明は、ガスタービンのみならず例えば、圧縮機、ポンプな どの種々の多くの流体機械に適用可能である。これらに適用する場合において、 チャネル4を横断面積が流れ方向に増大するディフューザチャネルとして設計す る必要は無く、その他の形状として良い。出口装置は、単一のバイパスチャネル 8のみ有するものであっても良く、また二本以上のこのようなチャネルを有する ものも本発明の範囲内となり得る。バイパスチャネル8は、図示の2のガイドベ ーン10以下あるいは以上の数のガイドベーン10を有するようにしてもよい。 本発明は、軸方向ディフューザ、半径方向ディフューザあるいはこの組み合わ せに関しても適用可能である。半径方向ディフューザに関する場合、後壁部材1 1は、径方向ディフューザの後壁で構成しても良い。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Outlet device for fluid machinery Technical field of invention and pre- and post-technology The invention relates to an outlet device for a fluid machine according to the preamble of claim 1. The present invention will be described in connection with a gas turbine, however, The invention is applicable to other fluid machines such as pumps, compressors, and the like. Typically, gas turbines have a diffuser located downstream of the turbine, Diffusers are annular cross-sectional channels of increasing cross-sectional area in the direction of flow. You. This diffuser reduces the velocity of the flow from the turbine and reduces its kinetic energy. The purpose is to convert most of the gears into pressure energy for effective use. Diffuse Downstream of the user is a so-called outlet housing, which is The flow from the user to the outlet channel, which directs the flow from the turbine, is The purpose is to collect in a direction substantially perpendicular to the rotation axis of the bin. flow Radius from the diffuser to guide the air from the diffuser to the outlet housing The diffuser can be terminated by providing an annular guide vane structure that guides outward. Is already known. Outward outward flow without noticeable pressure loss Exit housing to allow collecting and diverting into the housing The jing must have certain dimensions. That is, the radius at the side is It must be approximately larger than the radius of the fuser and turbine. Lateral radius In other words, if the width of the outlet housing is large, a large space is required for the gas turbine plant. Is the result. U.S. Pat. No. 5,188,510 includes an extended device for flowing fluid from a gas turbine. A diffuser channel and a gas turbine provided downstream of the diffuser channel. An outlet housing for directing flow outward in a direction substantially perpendicular to the axis of rotation of the outlet. An apparatus is disclosed. The outlet housing extends circumferentially with the outlet baffle Guide vanes, which divert flow through the outlet housing. And the outlet housing shape is mapped to the kinetic energy of the different partial flows. To make it fit. Summary of the Invention SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems and at least reduce the performance without reducing the performance. It is to provide an outlet device having an outlet housing with a reduced diameter in one direction. The above object is achieved in the outlet device described at the outset, in which the guide vane structure is provided with a guide vane. Redirecting a first portion of the flow from the flannel to a first chamber of the outer outlet housing; And the outlet device extends from the channel through a guide vane arrangement, Bypassing a vane configuration to direct a second partial flow of said flow to a second chamber of the outlet housing And at least one bypass channel for guiding Guide Ba Outlet housing by providing a bypass channel extending through the Can be reduced in the region where the bypass channel extends. Why In this area, the flow is not directed outward, but continues backward into the second chamber of the outlet housing. It is from the flow continuously. Back rear is the direction toward the outlet of the fluid machine, and front The direction is a direction toward the inlet of the fluid machine. According to an embodiment of the present invention, the first and second chambers have a common first and second partial diversion. They are connected by an outlet channel. For this purpose, both partial flows are connected to a common outlet flow. Will be available. According to another embodiment of the present invention, the bypass channel comprises a small amount of the second partial flow. At least one gas that is directed at least partially through the second chamber to the outlet channel. Has id vanes. For this purpose, the desired flow direction is obtained in the second chamber. Further, the first chamber and the second chamber respectively provide the first and second partial flows in the respective flow directions. You may comprise so that it may guide | induce to an exit flow path so that it may become substantially parallel in an exit flow path. This results in a substantially vortex-free common outlet flow. According to a further embodiment of the present invention, the bypass channel is provided with a guide vane structure. Penetrates almost straight through the structure. By providing such a bypass channel , The radial size of the bypass channel is reduced to a minimum, while the housing is , A shape that allows the flow from the upper half to flow upward without being throttled Will have. According to a further embodiment of the present invention, the outlet device has a rear wall of the channel, The dove configuration is provided on the side of the wall member facing the channel, wherein the second chamber is provided with a channel. Is provided on the side opposite to the direction. As a result, the length of the outlet device can be increased and the width Can be compensated for. This allows the bypass channel to pass through the rear wall member And extend. According to a further embodiment of the invention, the cross section of the channel is substantially annular. Out The mouth device comprises two channels provided approximately radially with respect to each other when viewed in cross section of the channel. It is advantageous to have a channel. Is the symmetrical structure of such an outlet device a flow point of view? It is preferable. According to a further embodiment of the present invention, the guide vane arrangement comprises a first partial flow direction. At least to extend the guide vane configuration in the circumferential direction. The first region is at least partially directed forward. Flow like this Guides the vortex formed in the first chamber of the outlet housing considerably. Can be reduced. In some applications, at least the second of the extension of the guide vane configuration in In the region, the first partial flow is directed at least partially forward in the circumferential direction. It is advantageous. Therefore, the second region is preferably arranged on the side facing the outlet flow channel of the channel. The first region is preferably arranged on the side opposite to the outlet flow path of the channel. According to a further embodiment of the invention, the channel is radially outward in this channel. A generally planar plate having an extending support member is located upstream or below each indicator member. It is provided substantially parallel to the axial plane of the flow. Providing such a plate Allows fluid flow through the channel to be directed substantially axially through the channel Become. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be described in detail by referring to the drawings and illustrating various embodiments. I do. FIG. 1 is a perspective view showing a gas turbine provided with an outlet device of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 3 viewed from the rear of the exit device in the embodiment of the present invention. FIG. FIG. 3 is a sectional view of the outlet device taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. FIG. 5 is a sectional view of the outlet device taken along line VV in FIG. 2. FIG. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI of FIG. Detailed description of various embodiments FIG. 1 shows a fluid machine as a gas turbine 1 and a gas machine extending from the gas turbine 1. Gas channel for guiding gas from the vial 1 to the outlet device 3 according to the present invention. 2 is schematically illustrated. The outlet device 3 will be described in detail with reference to FIGS. Exit device 3 expands Channel 4 as a diffuser channel with a cross-sectional area of See). The inlet end of the diffuser channel 4 (see the left part of FIG. 3) It is connected to channel 2. The guide vane configuration 5 is provided for the diffuser channel 4. Downstream, a first partial stream of fluid flowing through the diffuser channel 4 is directed to an outlet Turning into the housing 6 and in particular into the first chamber 7 of the outlet housing 6 It is. Furthermore, the outlet device 3 has two substantially straight bypass channels 8 Have. Each of these bypass channels 8 is guided from the diffuser channel 4 Through the vane arrangement 5, it reaches the second chamber of the outlet housing 6 and each of these bypass tubes The channel 8 is terminated by a channel wall surrounding the diffuser channel 4. Yo Therefore, each bypass channel 8 bypasses the guide vane structure 5 and diffuses. A second partial flow of the fluid flow is directed in the channel 4 through the diffuser channel 4. To the second chamber 9 in the main flow direction of the fluid flow. In addition, each The bypass channel 8 has two guide vanes 10. This guide vane 1 0 directs at least a portion of the second partial flow, wherein the flow flows upward through the second chamber. And flows out of the substantially straight diffuser channel 4 (see especially FIG. 6). These guide vanes 10 have a favorable effect on the flow in the second chamber 9, This can be made to have almost no vortex and to make the second chamber 9 face upward. The first room 7 The second chambers 9 are isolated from each other by a rear wall member 11. Guide vane configuration 5 , Provided on the side of the wall member facing the diffuser channel 4, the second chamber 9 comprises the wall member 1. One diffuser channel 4 is disposed on the side opposite to the diffuser channel 4. First room 7 and second room 9 Is above the wall member 11 in the common outlet channel 12 for the first partial flow and the second partial flow. And finally they are reconnected at the outlet channel 12 To (See especially FIG. 3). 5 and 6, each bypass channel 8 extends through the rear wall member 11. Through. As is clear from FIGS. 2 and 4, each bypass channel 8 has a pair. And are substantially radially separated from each other when viewed in a radial cross section of the bypass channel 8. Are arranged in relation to each other. As seen from FIG. 3, the guide vane arrangement 5 is the first part from the diffuser channel 4 Redirect the diversion outward and at least partially forward or diffuse In a direction substantially 180 degrees opposite to the main flow direction a of the flow in the channel 4 Be oriented. As a result, the guide vane arrangement 5 shown in FIGS. That is, of course, with the exception of the bypass channel 8, Same shape. In certain areas, in particular to the outlet channel 12 of the diffuser channel 4 At the top of the guide vane arrangement 5 arranged on the opposite side, the first partial flow is directed substantially radially. At the outlet, i.e., straight to the outlet channel 12. As is apparent from FIGS. 3 and 5, the support member 13 is connected to the diffuser channel 4. And extends substantially radially outward within the diffuser channel 4. De The number of the support members 13 in the diffuser channel 4 may be any of 2 to 9, for example. For example, 5 may be used. In front of or upstream of each support member 13, substantially parallel to the axial plane. A flat plate 14 is provided. In the embodiment shown, the flat plate 14 is , The plate 14 has a substantially triangular shape when viewed in the axial section. Now especially the support members 13 is located very close to the inlet of the diffuser channel 14, It is also possible to arrange the plane plate 14 downstream of the support member 13. The present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be modified within the scope defined by the following claims. Can be modified. The present invention is applicable not only to gas turbines but also to compressors and pumps. It is applicable to any of many different fluid machines. When applying to these, Channel 4 is designed as a diffuser channel whose cross-sectional area increases in the flow direction. It does not need to be formed, and other shapes may be used. The outlet device has a single bypass channel May have only eight and have two or more such channels Those can also fall within the scope of the present invention. The bypass channel 8 is provided with two guides The number of the guide vanes 10 may be equal to or less than the number of the guide vanes 10. The present invention relates to an axial diffuser, a radial diffuser or a combination thereof. The present invention is also applicable. In the case of a radial diffuser, the rear wall member 1 1 may be constituted by a rear wall of the radial diffuser.
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